CN104652164A - 用于生产纤维幅材的方法和用于生产纤维幅材的生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产纤维幅材(W)的方法，根据该方法，纤维幅材(W)在压光机(20A)的至少一个压光压区(NA)中被压光。在纤维幅材被压光前，纤维幅材(W)通过补水蒸发冷却单元(10)进行的补水蒸发冷却而被至少部分地冷却，而且水分在10-5000ms内被蒸发。本发明还涉及用于生产纤维幅材(W)的生产线，其包括带有至少一个压光压区(NA)的至少一个压光机(20A)。用于纤维幅材特别是用于纸板幅材的生产线包括：纤维幅材机(50)特别是纸板机，包括流浆箱、网部、压榨部以及干燥部；和至少一个补水蒸发冷却模块(10)、带有表面温度为至少120℃的热辊的硬压区式压光机(20A)；以及卷纸机(40)。

Description

用于生产纤维幅材的方法和用于生产纤维幅材的生产线
技术领域
本发明大体上涉及以纤维幅材生产线来生产纤维幅材，特别是生产纸板幅材。更特别地，本发明涉及一种纤维幅材在压光机中的至少一个压光压区中被压光的方法，以及一种包括带有至少一个压光压区的至少一个压光机的生产线。
背景技术
根据现有技术已知，纤维幅材的生产工艺通常包括由许多沿生产线连续设置的设备形成的组件。典型的生产处理线包括流浆箱、网部、压榨部以及随后的干燥部和卷纸机。生产处理线还可包括用于整饰纤维幅材的其它设备和/或部分，例如，预压光机、施胶机、最终压光机、涂布部。生产处理线还包括至少一个用于形成用户卷的分切复卷机以及卷包装设备。在本说明书及随附的权利要求书中，纤维幅材是指例如纸幅材和纸板幅材。
根据生产线的类型，压光可为预压光或最终压光。预压光典型地用于产生为进一步处理如涂布所需的表面性能；而最终压光通常被执行为的是改善幅材类材料(例如纸幅材或纸板幅材)的像平滑度和光泽度这样的属性。在压光中，幅材被送入在相互挤压的多个辊之间形成的压区即压光压区内，在该压区中，幅材由于温度、湿度和压区压力的作用而变形。在压光机中，压区是在光滑表面的压辊(例如金属辊)与涂布有弹性材料的辊(例如聚合物辊)之间形成的，或在两个光滑表面辊之间形成的。弹性表面辊按照幅材表面的形式来调整弹性表面辊自身，并均匀地抵靠光滑表面压辊而向幅材的相对侧施压。替代性地利用现有技术中已知的辊、压带或压靴中的一种，也可形成压区。已知各种不同种类的压光机被用作预压光机和/或最终压光机，例如硬压区式压光机、软压区式压光机、超级压光机、金属带式压光机、靴式压光机、长压区式压光机、多压区式压光机等等。
纸和纸板有许多类型，并可根据基重而分成两个等级：单层且基重为25–300g/m2的纸，以及以多层技术制造的基重为150–600g/m2的纸板。应注意，纸与纸板之间的界线是灵活的，这是因为最轻基重等级的纸板比最重等级的纸要轻。一般而言，纸用于印刷，而纸板用于包装。
以下描述的是当前应用于纤维幅材的一些数值的示例，并且这些公开的数值可能有显著变动。这些描述主要基于出版物《Papermaking Science andTechnology(造纸科学与技术)》第3部分Papermaking Part(造纸章节)，Rautiainen,P.编辑、Paper Engineers’Association(纸业工程师协会)出版，Helsinki 2009；404页。
基于机械浆的(即含木质的)印刷纸包括新闻用纸、未涂布杂志纸和涂布杂志纸。
如今的新闻用纸配料中大多含有80％到100％之间的脱墨浆(DIP)。配料中其余为机械浆(通常为TMP)。然而，也有新闻用纸由100％的机械纤维配料构成。以DIP为基础的新闻用纸可含有多达20％的填料。以原纤维为基础新闻用纸的配料中的填料含量约为8％。
CSWO新闻用纸的通用数值可被认为如下：基重40–48.8g/m2、PPS s10粗糙度(SCAN-P 76-95)4.0–4.5μm、Bendtsen粗糙度(SCAN-P 21:67)150ml/min、密度600–750kg/m3、亮度(ISO 2470:1999)58–59％、以及不透明度(ISO 2470:1998)92–95％。
未涂布杂志纸(SC-超级压光的)等级通常包含50–75％的机械浆、5–25％的化学浆、以及10–35％的填料。这种纸也可包含DIP。压光的SC纸的典型数值(包含例如SC-C、SC-B和SC-A/A+)包括基重40–60g/m2、灰分含量(SCAN-P 5:63)0–35％、Hunter光泽度(ISO/DIS 8254/1)<20–50％、PPS s10粗糙度(SCAN-P 76:95)1.0–2.5μm、密度700–1250kg/m3、亮度(ISO2470:1999)62–75％以及不透明度(ISO 2470:1998)90–95％。
涂布机械纸包括例如MFC(机内整饰涂布)、LWC(低定量涂布)、MWC(中定量涂布)、HWC(高定量涂布)等多个等级。涂布机械纸通常含有45％-75％机械纤维或再生纤维以及25％-55％化学浆。在远东地区通常采用半化学浆制造LWC等级纸。填料含量约为5％-10％。典型的克重在40-80g/m2范围内。
LWC纸的通用数值可被认为如下：基重40–70g/m2、Hunter光泽度50–65％、PPS s10粗糙度1.0–1.5μm(胶版印刷纸)、0.6–1.0μm(凹版)、密度1100–1250kg/m3、亮度70–75％以及不透明度89–94％。
MFC纸(机内整饰涂布)的通用数值可被认为如下：基重48–70g/m2、Hunter光泽度25–40％、PPS s10粗糙度2.2–2.8μm、密度900–950kg/m3、亮度70–75％以及不透明度91–95％。
MWC(中定量涂布)的通用数值可被认为如下：基重70–90g/m2、Hunter光泽度65–70％、PPS s10粗糙度0.6–1.0μm、密度1150–1250kg/m3、亮度70–75％以及不透明度89–94％。
不含磨木浆的纸张可分为两部分：未涂布的和涂布的。通常，不含磨木浆的纸张的配料中包含漂白的化学浆以及少于10％的机械浆。
未涂布的WFU复印纸的典型数值：克重70–80g/m2、Bendtsen粗糙度150–250ml/min、松厚度＞1.3cm3/g；对未涂布胶版印刷纸：克重60–240g/m2、Bendtsen粗糙度100–200ml/min、松厚度1.2-1.3cm3/g；以及对彩色复印纸：克重100g/m2、Bendtsen粗糙度＜50ml/min、松厚度1.1cm3/g。
在涂布的基于纸浆的印刷纸(WFC)中，涂布量根据要求和预期应用而变化很大。以下是一次涂布和两次涂布的基于纸浆的印刷纸的典型数值：一次涂布的基重90g/m2、Hunter光泽度65–80％、PPS s10粗糙度0.75–1.1μm、亮度80–88％以及不透明度91–94％，而两次涂布的基重130g/m2、Hunter光泽度70–80％、PPS s10粗糙度0.65–0.95μm、亮度83–90％以及不透明度95–97％。
容器纸板包括挂面纸板和瓦楞芯纸。挂面层根据其配料基底分为牛皮纸挂面层、再生纸挂面层和白顶挂面层。对典型的1-3层纸板的挂面层，克重在100-300g/m2范围内变化。
挂面纸板一般为未涂布的，但涂布的白顶挂面层的生产正在增加以满足较高的对适印性能的要求。
主要的盒用纸板等级有折叠盒纸板(FBB)、漂白浆挂面粗纸板(WLC)、实心漂白纸板(SBS)、以及液体包装纸板(LPB)。一般而言，这些等级的纸板典型地用于不同种类消费品的包装。盒用纸板的等级从一层到五层纸板变化(150–400g/m2)。正面通常涂布一到三层(20–40g/m2)，背面涂层较少或完全没有涂层。相同纸板等级具有较大范围的不同的质量数据。FBB由于基板的中间层使用机械浆或化学机械浆而具有最高的松厚度。WLC的中间层主要包括再生纤维，而SBS仅仅由化学浆制成。
FBB的松厚度典型地在1.1-1.9cm3/g之间，而WLC的范围是1.1-1.6cm3/g，SBS的范围是0.95-1.3cm3/g。PPS s10光滑度分别为，对于FBB在0.8-2.1μm之间，对于WLC在1.3-4.5μm之间，而对于SBS在0.7-2.1μm之间。
防粘纸在多种最终使用用途中用于标签原纸，例如食品包装和办公标签。欧洲最常见的防粘纸是涂有硅树脂以提供良好纸页剥离性能的超级压光的半透明纸。
超级压光防粘纸的典型数值为，基重60–95g/m2、厚度55–79μm、IGT12-15cm、密集侧的Cobb Unger为0.9-1.6g/m2，开放侧的Cobb Unger为1.2-2.5g/m2。
涂布标签纸被用作面纸以便剥离，但也用于涂布的裱糊纸和软包装。涂布标签纸的克重为60–120g/m2，且其典型地用施胶机来施胶或被预涂布且在一侧单刃涂布。涂布和压光标签纸的一些典型的纸张性质为：基重50–100g/m2、Hunter光泽度70–85％、PPS s10粗糙度0.6–1.0μm、Bekk光滑度为1500-2000s，厚度为45-90μm。
美国专利公开文献4738197中公开了一种在压光机中借助引导幅材通过具有可调整温度的、在多个不同硬度的协作辊之间形成的热压区而获得纸幅材和纸板幅材的光滑度和光滑面的方法。该现有技术的方法用于梯度压光，在幅材进入热压区之前，幅材的温度被安排冷却，以便提高梯度压光的效率。该现有技术公开的合适的幅材温度不高于70℃，更有利的是不高于50℃，以使得压区中幅材和辊之间的温度差至少为30℃。
与纤维幅材的压光有关的一个问题是获得所需的表面性能，并且同时获得所需的松厚度即幅材的厚度与其克重(基重)的关系。当纤维幅材具有高松厚度时，基重能够减少，这样会大量节省原材料。因此，近期在研发压光机的过程中，主要是由于环境和节省成本的原因，这已成为主要的焦点之一。
典型地当纤维幅材的温度为约80-90℃时，纤维幅材从干燥部被引导到预压光机。在幅材的厚度方向上，幅材的中间层是热的且接近塑性状态，借此在对纤维幅材进行压光期间，中间层也会压缩，这导致了松厚度损失。
从现有技术可知，松厚度可通过在压光前冷却纤维幅材(例如将纤维幅材的中间层的温度减少10℃)而节省。例如，在DE102005053968中公开了一种用于压光纸幅材、纸板幅材或相应的纤维幅材的方法，其中，纤维幅材被引导穿过至少一个热的压光压区，在通过热的压光压区之前，纤维幅材被引导通过至少一个冷却设备。在该种已知的方法和设备中，纤维幅材被冷却，以使得其厚度的至少50％的温度低于30℃，且更有利的是达到甚至更低的温度，甚至使得纤维幅材被冷却到-10℃。
美国专利公开文献6207020公开了一种用于调节造纸机上的纤维幅材如纸幅材和纸板幅材的方法，其中，在幅材被干燥以提高幅材的性能后，在压光单元之前或在位于喷嘴和压光单元之间的气蒸单元之前，通过施加湿润气流，使运动的纤维幅材在干燥之后受到调节，以冷却幅材和/或提高其水分含量以便获得改善的性能，包括较少的水分条纹、较高的平滑度以及避免光学性质的损失。
从现有技术可知用于制造纤维幅材特别是纸板幅材的多种方法、以及用于制造纤维幅材特别是制造纸板幅材的多种概念。纸板幅材的表面在扬克(Yankee)干燥中变光滑。光滑表面适合于涂布，尤其是刮刀涂布(这是因为此时需要该表面的光滑度低于涂布颜料)。扬克式烘缸(Yankee cylinder)由于其干燥能力有限在制造纸板中已经有问题，而这限制了纸板机的速度。因此替换方案已被寻求，并且一个替代方案已经在欧洲专利公开文献1425469中被公开，其中描述了一种不需要扬克式烘缸的用于制造纤维幅材特别是制造纸板幅材的方法和概念。在这种已知的替代方案中采用长压区压光，其可基于靴形压榨技术或热辊/带技术的使用。在靴形压光的预压光过程中采用已知的靴形压榨技术，其中，靴形辊包括靴形部、加载元件、润滑油系统和带。由软压光技术可知热辊可为通过水、蒸汽、油或感应技术被加热的辊。在带式压光过程中再次利用了水、蒸汽、油或感应技术、且利用了带循环和背辊来加热辊，辊可以为硬辊或软辊。带经过背辊和导辊或张力辊而循环，而且带循环的简单结构也允许老式压光机和软压光机用于带式压光。在根据欧洲专利1425469的这些已知的用于制造纤维幅材特别是制造纸板幅材的方法和概念中，采用的是以下两个压光步骤：借助长压区式压光机进行预压光，以及借助成型压光机(profiling calender)进行实际压光，成型压光机例如为软压光机或硬压区式压光机(机械式压光机)。生产线首先包括起预压光作用的长压区式压光机，由此纤维的表面施胶被实施，其后执行纤维幅材的干燥并借助成型压光机进行压光，且随后进行涂布。
从现有技术还可知，在纸板生产线中以金属带式压光机来取代扬克式烘缸，该压光机还生产适合涂布的光滑表面，并适用于比扬克式烘缸更高的速度，借助该压光机在相同的光滑度水平可获得良好的松厚度，且其结构紧凑也为较短生产线提供了可能性。作为压光机，金属带式压光机比例如机械式压光机或靴形压光机复杂，因此需要简单、性价比高并节省原材料的生产线以及具有高生产能力的生产纸板幅材的方法。
发明内容
本发明的一个目的是创造出简单、性价比高并节省原材料的生产线以及具有高生产能力的生产纸板幅材的方法。
本发明进一步的目的是从新视角着手处理上述问题以及提出违反常规思维方式的新方案。
为达成上述及之后的目的，根据本发明的方法的主要特征为，根据本发明的方法，在纤维幅材被压光前，纤维幅材通过补水蒸发冷却单元进行的补水蒸发冷却而被至少部分地冷却，而且水分在10-5000ms内被蒸发。
根据本发明的生产线的主要特征为，所述生产线用于纤维幅材特别是用于纸板幅材并且包括：纤维幅材机特别是纸板机，其包括流浆箱、网部、压榨部以及干燥部；至少一个补水蒸发冷却模块；带有热辊的硬压区式压光机，该热辊的表面温度为至少100℃；以及卷纸机。
本发明有利的实施例和方法及生产线如下：
根据本发明的方法，纤维幅材特别是纸板幅材，在干燥部中干燥之后且在硬压区式压光机中压光之前，借助在纤维幅材的每侧蒸发掉至少1-20g/m2的水，通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却。
根据本发明的方法，纤维幅材的温度在补水蒸发冷却开始时为至少55℃。
根据本发明的方法，纤维幅材的水分含量在通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却之前为5-15％，且在通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却之后为5-15％。
根据本发明的方法，通过在纤维幅材的每侧上施加1-25g/m2的水，更有利地在纤维幅材的每侧上施加5-20g/m2的水，而使纤维幅材被补水。
根据本发明的生产线还包括涂布部，所述涂布部包括：第一涂布单元，其有利地为刮刀或帘式涂布单元；第二涂布单元，其有利地为帘式单元；且有利地包括第三涂布单元，其有利地为刮刀涂布单元；以及最终压光机。
在根据本发明的生产线中，所述补水蒸发冷却模块被设置在当补水蒸发冷却开始时纤维幅材的温度为至少55℃的位置。
在根据本发明的生产线中，所述补水蒸发冷却模块包括至少一个横向液体喷嘴排以及至少一个横向气体喷嘴排。
在根据本发明的生产线中，所述补水蒸发冷却模块包括至少一个用于从运动的纤维幅材的表面的附近去除蒸发物质的横向吸入口。
在根据本发明的生产线中，所述补水蒸发冷却模块具有交替的液体喷嘴排和气体喷嘴排，使得液体和气体交替地按照小剂量被分配，以使纤维幅材表面上的液体在下一个液体剂量之前被气体剂量干燥，且由此阻止液体被吸收到纤维幅材内。
在根据本发明的生产线中，所述补水蒸发冷却模块包括多个补水蒸发冷却区域，每个所述补水蒸发冷却区域包括至少一个液体喷嘴排、和/或至少一个气体喷嘴排、以及可选择的至少一个横向吸入口。
在根据本发明的生产线中，所述补水蒸发冷却模块包括作为液体喷嘴的非雾化或雾化喷嘴。
在根据本发明的生产线中，所述硬压区式压光机包括热缩配合套辊。
有利地，根据本发明，纤维幅材通过补水及蒸发冷却过程，有利地通过将水分例如水施加至纤维幅材表面上并与吹送干燥冷却气体例如空气结合，而被至少部分地冷却。水分蒸发并使纤维幅材冷却。根据一有利特征，在水分施加和气体吹送之间的时间延迟为10-500ms。采用控制水分含量和短吸收时间(优选地为前述的10-500ms)，水分渗透仅限于表面层，因此蒸发高效而迅速。补水蒸发冷却更有利地在纤维幅材被压光前，10ms-5000ms的时间完成。
本申请人惊奇地注意到热幅材表面的补水能够非常有效地用于冷却纤维幅材，比之前假设的更有效。在纤维幅材由于蒸发冷却原理而被冷却的过程中，通过将液体(例如水)添加到热的或充分温暖的幅材表面上，会引起强烈的蒸发和冷却。这种冷却基于潜热(等于需用以蒸发液体例如蒸发水的热量)从纤维幅材中被取出的事实。蒸发冷却使纤维幅材的表面温度维持在湿球温度(wet-bulb temperature，WBT)，根据纤维幅材附近的环境空气的温度和湿度，该温度实际上约为10-30℃。这样就设定了蒸发冷却的理论最低水平，并提供了用以达到冷却应用中的幅材低温蒸发冷却效果。
有利地，利用WBT(约为10-30℃)和待冷却的纤维幅材的实际温度(典型地为大约55-95℃)之间的较大温差(差异)，更有利的是利用25-85℃的温差，并以此获得非常有效的蒸发冷却。温差越大，冷却越快。特别是当幅材附近的气体能够例如使用通风设备而被保持在干冷环境下时，可获得最大的可能效果。此外，由于液体(例如水)的蒸发潜热高(约为2250J/g)，蒸发冷却可借助合理数量的额外液体来补充。由于补水蒸发冷却的有效且深入的冷却效果，所以能够通过热压光获得良好的光滑度并节省松厚度。
纤维幅材包括木素、半纤维素和纤维素，而纤维幅材的功能性能取决于这些成分的数量关系，该数量关系也影响到纤维幅材的玻璃化温度Tg。在根据本发明的方法中，纤维幅材的表面通过补水蒸发冷却而被冷却，且随后在压光机中被加热，使得Tg温度只在表面层被超过。纤维幅材的中间层通过补水蒸发冷却而被冷却，使得中间层的温度保持在Tg温度之下，并且纤维幅材的中间层的材料性能保持在弹性值。
根据多个优选实施例，用于纤维幅材特别是纸板幅材的生产线包括纤维幅材机特别是纸板机包括流浆箱、成形部、压榨部以及干燥部，且借助补水蒸发冷却单元、带有热辊的硬压区式压光机而被至少部分地冷却，热辊的表面温度为至少100℃，有利地为至少150℃。当生产涂布纤维幅材时，生产线还包括：第一涂布单元，其为刮刀或帘式涂布单元；第二涂布单元，其为帘式或刮刀涂布单元；有利地还包括第三涂布单元，其为刮刀涂布单元；以及卷纸机。生产线还可包括至少一个分切复卷机和包装部。
根据有利的特征，借助补水蒸发冷却单元而被至少部分地冷却的部位被设置在经过干燥部之后幅材温度仍然很高的位置，当补水蒸发冷却开始时幅材的温度为至少55℃，有利地为至少65℃。
借助根据本发明的生产线，例如能够实现没有扬克式烘缸的生产线，从而获得较高的生产速度以及至少相同的产品质量等级，且能够节省松厚度。
根据本发明的生产线还可在预压光机的位置，利用硬压区式压光机来取代使用金属带式压光机，从而产生更简单、成本更低且投入费用更少的生产线，这种生产线也更易于使用，但是至少可达到一样好的质量水平并且节省松厚度。
在根据本发明的方法中，纤维幅材特别是纸板幅材，在干燥部中进行干燥之后且在硬压区式压光机中进行压光之前，借助在纤维幅材的每侧蒸发掉至少1-20g/m2的水，通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却。有利地，当补水蒸发冷却开始时，纤维幅材的温度为至少55℃，更有利地为至少65℃。
根据本发明的有利特征，纤维幅材的水分含量在通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却之前为5-15％，且在通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却之后为5-15％，因此应该注意，在通过补水蒸发冷却来至少部分地冷却之前或之后，通过补水蒸发冷却来至少部分地冷却并非必定会对纤维幅材的水分含量起到作用；改变量仅为约±2％。
根据本发明的有利特征，通过在纤维幅材的每侧上施加1-25g/m2的水补水，更有利地在纤维幅材的每侧上施加5-20g/m2的水，而使纤维幅材被补水。
根据本发明的有利特征，在不希望纤维幅材的多个特性中发生尺寸上的变化或发生其他变化的情况下，使被补水的纤维幅材表面并不良好地吸收水分，例如使Cobb吸水性60s测量值为低于40g/m2，更有利地为低于20g/m2。这样来确保不是所有水分都被吸收到幅材结构中，而是反而溢出，同时在表面产生水分薄膜，这会为蒸发提供时间以使得纤维幅材不会过湿。该薄膜会停留在纤维幅材表面，直到水分被蒸发为止。
根据本发明的有利特征，在不希望纤维幅材的多个特性中发生尺寸上的变化或发生其他变化的情况下，补水蒸发冷却被设置成使水分被吸收到所提供的纤维幅材内。
借助本发明可获得多个优点：纤维幅材的松厚度较高，这样会节省原浆且因此还产生环境效益。这是通过在压光作用集中在纤维幅材的表面时，在低温条件下进行压光而获得的，因此幅材的中间层处于减小的压光作用之下，由此使压光后的松厚度较高。
根据有利特征，用于纤维幅材的生产线包括至少一个补水蒸发冷却模块，该补水蒸发冷却模块有利地包括：至少一个横向液体喷嘴排，例如基于压力雾化或气体雾化喷嘴技术，用于将液体(优选为水)施加到运动的纤维幅材表面；至少一个横向气体喷嘴排，例如基于浮动或冲击喷嘴技术，用于朝向运动的纤维幅材W吹送气体(优选为空气)；以及有利地至少一个横向吸入口，用于从运动的纤维幅材表面的附近去除蒸发物质，蒸发物质优选为水蒸气、湿空气和雾气。补水蒸发冷却模块还包括入口通道和出口通道，入口通道用于气体和液体，而出口通道用于去除经由吸入口而被去除的水蒸气和湿空气。补水蒸发冷却模块还包括致动器或连接到致动器(致动器例如为鼓风机或泵)，以便产生液体喷嘴和气体喷嘴的入口流并且产生待去除气体和湿气的吸入和/或出口流。所谓横向意思是指相对于纤维幅材的主要运行方向的横向。
有利地，补水蒸发冷却模块具有横向液体喷嘴排和气体喷嘴排，横向液体喷嘴排和气体喷嘴排沿纤维幅材的运行方向交替，使得液体和气体交替地按照小剂量被分配，以使纤维幅材表面上的液体在下一个液体剂量之前被气体剂量干燥，从而阻止液体被吸收到纤维幅材内。有利地，液体喷嘴排被设置在吸入口附近，以提高蒸发物质的运动，从而使得没有滴落发生。
有利地，补水蒸发冷却模块形成一个结构单元，此结构单元能够独立地安装并且紧凑。有利地，补水蒸发冷却模块沿纤维幅材的运行方向的外表面长度为1-6m。
有利地，借助在纸幅材的每一侧设置至少一个补水蒸发冷却单元，优选在机器方向的相对侧的相同位置上分别设置补水蒸发冷却单元，利用两侧冷却来使冷却效果得到增强。通过使用两侧冷却的设置方式，特别是对基重大的纸板而言，冷却速度几乎被加倍。有利地，补水蒸发冷却模块包括多个补水蒸发冷却区域，每个蒸发冷却区域包括至少一个液体喷嘴排、和/或至少一个气体喷嘴排、以及可选择的至少一个横向吸入口。
根据一个有利的特征，特别是当补水蒸发冷却被用于具有较低吸水能力的纤维幅材等级时，作为补水喷嘴的非雾化喷嘴被用作液体喷嘴。并且，其他非接触类型的液体喷嘴或液体施加器(特别是在所述类型适合施加大量水分的情况下)，适合用作补水蒸发冷却模块的液体喷嘴。这些喷嘴之间的有效距离例如为5mm，以使得在纤维幅材上产生一层连续的极薄且光滑的水膜。
例如，特别是在补水蒸发冷却模块的位置，水分由于重力或通过仅使用极小的压力而被转移到纤维幅材上的情况下，以商品名MicroJet出售、且在专利公开文献EP1196249中公开的喷头类型就是补水蒸发冷却模块的水分施加器的优选的喷头类型。
本发明的多个实施例中，使用MicroJet型喷嘴施加水分的有利位置是直接在纤维幅材运行之前的水分借助例如空气喷嘴或气垫式干燥机而被蒸发的位置。
根据本发明的有利的特征，用于纤维幅材的生产线包括硬压区式压光机，该硬压区式压光机包括加热钢质热辊。更有利地，热辊为热缩配合套辊，其包括：承受载荷的圆柱形内轴；金属外层，其环绕内轴和用于传热介质的流道，且设有连接内轴与外层的界面；以及热辊，其借助组装内轴和外层而被制成；并且热辊的流道包括流动凹槽，这些流动凹槽在组装内轴和外层之前形成于内轴的外表面和/或外层的内表面上，其中，外层借助收缩配合而被紧固至内轴上，热辊例如为专利公开文献EP2220293中公开的那种类型的辊。
根据本发明的优选实施例，在生产线的压光机中，至少进入的纤维幅材接触的第一辊为加热式的钢质热辊，更优选地为加热式的收缩配合套筒辊。
利用上述类型的热辊，若大量的冷幅材或过度湿润能够被避免，则辊表面的可能的破碎一般仅与冷铸辊(chill casted roll)有关。
附图说明
下面参照附图进一步详细说明本发明，附图中：
图1A-图1B非常示意性地示出了根据本发明的用于生产纤维幅材的生产线的有利的实例。
图2A-图2B示出了补水蒸发冷却模块的实例。
图3A-图3B示出了半纤维素的Tg-温度关系图。
具体实施方式
在用于生产涂布纤维幅材、特别是用于生产涂布纸板幅材的生产线的非常示意性的实例中，如图1A所示，生产线的开始部分和部件用附图标记“50”来表示。纤维幅材W的生产线的开始部分和装置50包括流浆箱、成形部、压榨部、干燥部并且还可包括施胶机。这些设备和部分可按照本领域技术人员已知的多种不同设计和结构来构造。生产线还包括整饰部，整饰部具有整饰部分和设备，这些整饰部分和设备可按照本领域技术人员已知的多种不同设计和结构来构造。根据本发明，生产线还包括：至少一个压光机，压光机20A带有至少一个在两个压光辊101A、102A之间形成的压光压区NA；以及补水蒸发冷却模块10，其包括冷却和干燥气体鼓风装置，该装置具有水分施加器，水分施加器用于为纤维幅材W的蒸发提供水分，具有潜热冷却效果。水分蒸发借助由冷却装置产生的吹送或流动而得到增强。补水蒸发冷却模块10位于压光机20A之前。在图1A所示的实例中，还设有最终压光机20B，最终压光机具有至少一个压光压区NB。压光机20A是硬压区式压光机，最终压光机20B可为任何类型的压光机，例如可为硬压区式压光机、或为软压区式压光机、或为靴形压光机、或为金属带式压光机、或为多压区式压光机。有利地，压光辊101A、102A中的一个压光辊是加热钢质热辊或热缩配合套辊。在压光机20A之后设有涂布部60。在该实例中，涂布部60具有三个涂布机61、62、63。沿纤维幅材的运行方向，第一涂布机61为刮刀式涂布机或帘式涂布机，第二涂布机62为帘式涂布机，而第三涂布机为刮刀式涂布机。第三涂布机63也可被省略。在主生产线的末端为卷纸机40，卷纸机40用于将纤维幅材W卷成母卷。母卷被转移到分切复卷与包装部70，分切复卷与包装部70用于通过分切、复卷和包装来形成包装好的客户卷。这些分切复卷与包装部70的构造可采用本领域技术人员已知的多种设计和结构。
在非常示意性的用于生产未涂布的纤维幅材特别是未涂布的纸板幅材的生产线的实例中，如图1B所示，生产线的开始部分和部件用附图标记“50”来表示。纤维幅材W的生产线的开始部分和装置50包括流浆箱、成形部、压榨部、干燥部并且还可包括施胶机。这些设备和部分可按照本领域技术人员已知的多种不同设计和结构来构造。生产线还包括具有整饰部分和设备的整饰部，这些整饰部分和设备可按照本领域技术人员已知的多种不同设计和结构来构造。根据本发明，生产线还包括：至少一个压光机，压光机20A带有至少一个在两个压光辊101A、102A之间形成的压光压区NA；以及补水蒸发冷却模块10，其包括冷却和干燥气体鼓风装置，该装置具有水分施加器，水分施加器用于为纤维幅材W的蒸发提供水分，具有潜热冷却效果。水分蒸发借助由冷却装置产生的吹送或流动而得到增强。补水蒸发冷却模块10位于压光机20A之前。有利地，压光辊101A、102A中的一个压光辊是加热钢质热辊或加热式封闭辊。在主生产线的末端为卷纸机40，卷纸机40用于将纤维幅材W卷成母卷。母卷被转移到分切复卷与包装部70，分切复卷与包装部70用于通过分切、复卷和包装来形成包装好的客户卷。这些分切复卷与包装部70的构造可采用本领域技术人员已知的多种设计和结构。
图2A-图2B示出了补水蒸发冷却模块10的实例，补水蒸发冷却模块10包括：横向液体喷嘴排11，用于将液体(优选为水)施加至运动的纤维幅材上，其例如基于压力雾化或气体雾化喷嘴技术；横向气体喷嘴排12，用于朝向运动的纤维幅材W吹送气体(优选为空气)，其例如基于浮动或冲击喷嘴技术；以及横向吸入口13，用于从运动的纤维幅材W的表面的附近去除蒸发物质，优选地去除水蒸气、湿空气和雾气。补水蒸发冷却模块10还包括：用于气体和液体的多个入口通道；以及多个出口通道，用于去除借助吸入口被去除的水蒸气和湿空气。补水蒸发冷却模块还包括致动器、或连接到致动器(致动器例如为鼓风机或泵)，以便产生液体喷嘴和气体喷嘴的入口流并且产生待去除气体和湿气的吸入和/或出口流。补水蒸发冷却模块10具有在纤维幅材W的运行方向S上交替的横向液体喷嘴排11和气体喷嘴排12，使得液体和气体交替地按照小剂量被分配，以使纤维幅材的表面上的液体在下一个液体剂量之前被气体剂量干燥，从而阻止液体被吸收到纤维幅材内。补水蒸发冷却模块10形成一个结构单元，该结构单元能够独立地安装且结构紧凑。补水蒸发冷却模块10的沿纤维幅材W的运行方向S的外表面长度L为1-6m。补水蒸发冷却模块10包括多个补水蒸发冷却区域14，每个补水蒸发冷却区域包括至少一个液体喷嘴排11、和/或至少一个气体喷嘴排12、以及可选择的至少一个横向吸入口13。
图3A-图3B示出了半纤维素的Tg-温度关系图。数据点和拟合曲线示出半纤维素在不同水分含量处的软化温度。箭头指示了纤维幅材的温度如何由于补水蒸发冷却而改变的实例。箭头底部表示经过干燥部之后而在受到冷却之前的温度。如果没有实行冷却，中间层的温度在压光期间也会实际上没有改变地保持在约100℃，在纤维幅材的整体结构中，松厚度因温度接近或甚至超过Tg而受到损失。箭头头部示出冷却后的纤维幅材温度。纤维幅材的中间层的温度降低到约40℃，并且操作点明显处于弹性范围内。由于压光压区的短暂停留时间，在压光过程中只有表面层被加热，而且中间层的温度保持在低水平。纤维幅材的结构在压光压区中被压缩，但是因为内部结构中的幅材材料处在弹性范围内，所以纤维幅材的结构由于回弹效应而恢复。
下面给出补水蒸发冷却的计算实例。纤维幅材的比热容为Cp＝1.8J/(g℃)、水的蒸发潜热为h＝2250J/g。所以为了将250g/m2的纸冷却50℃，就需要蒸发水份1.8J/(g ℃)×50℃×250g/m2/2250(J/g)＝10g/m2。在实际中，所施加的水的一部分受到损失而没有参与冷却过程，所以需要大约12-16g/m2(每侧6-8g/m2)水，以将250g/m2纤维幅材冷却预期的50℃。此计算表明，蒸发冷却是合理的且对于施加的水量也是实用的。采用如今典型的高生产速度(300-1500m/min)，例如通过在两侧施加5-15g/m2的水，并使水在0.01-5秒内蒸发(可以借助鼓风和通风设备来增强蒸发)，还可获得高克重纤维幅材(100-500g/m2甚至更重)的有效的幅材冷却。

Claims (14)

1.用于生产纤维幅材(W)的方法，其中，纤维幅材(W)在压光机(20A)的至少一个压光压区(NA)中被压光，其特征在于，在纤维幅材被压光前，纤维幅材通过补水蒸发冷却单元(10)进行的补水蒸发冷却而被至少部分地冷却，而且水分在10-5000ms内被蒸发。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，纤维幅材特别是纸板幅材，在干燥部中干燥之后且在硬压区式压光机(20A)中压光之前，借助在纤维幅材的每侧蒸发掉至少1-20g/m2的水，通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，纤维幅材的温度在补水蒸发冷却开始时为至少55℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，纤维幅材的水分含量在通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却之前为5-15％，且在通过补水蒸发冷却而被至少部分地冷却之后为5-15％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在纤维幅材的每侧上施加1-25g/m2的水，更有利地在纤维幅材的每侧上施加5-20g/m2的水，而使纤维幅材被补水。
6.用于生产纤维幅材(W)的生产线，所述生产线包括带有至少一个压光压区(NA)的至少一个压光机(20A)，其特征在于，用于纤维幅材特别是用于纸板幅材的所述生产线包括：纤维幅材机(50)特别是纸板机，包括流浆箱、网部、压榨部以及干燥部；以及至少一个补水蒸发冷却模块(10)、带有热辊的硬压区式压光机(20A)，所述热辊的表面温度为至少100℃；以及卷纸机(40)。
7.根据权利要求6所述的生产线，其特征在于，所述生产线还包括涂布部(60)，所述涂布部包括：第一涂布单元(61)，所述第一涂布单元有利地为刮刀或帘式涂布单元；第二涂布单元(62)，所述第二涂布单元有利地为帘式单元；且有利地包括第三涂布单元(63)，所述第三涂布单元有利地为刮刀涂布单元；以及最终压光机(20B)。
8.根据权利要求6或7所述的生产线，其特征在于，所述补水蒸发冷却模块(10)被设置在当补水蒸发冷却开始时纤维幅材(W)的温度为至少55℃的位置。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的生产线，其特征在于，所述补水蒸发冷却模块(10)包括至少一个横向液体喷嘴排(11)以及至少一个横向气体喷嘴排(12)。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的生产线，其特征在于，所述补水蒸发冷却模块(10)包括至少一个用于从运动的纤维幅材(W)的表面的附近去除蒸发物质的横向吸入口(13)。
11.根据权利要求9所述的生产线，其特征在于，所述补水蒸发冷却模块(10)具有交替的液体喷嘴排(11)和气体喷嘴排(12)，使得液体和气体交替地按照小剂量被分配，以使纤维幅材(W)表面上的液体在下一个液体剂量分配之前被气体剂量干燥，且由此阻止液体被吸收到纤维幅材内。
12.根据权利要求6所述的生产线，其特征在于，所述补水蒸发冷却模块(10)包括多个补水蒸发冷却区域(14)，每个所述补水蒸发冷却区域包括至少一个液体喷嘴排(11)、和/或至少一个气体喷嘴排(12)、以及可选择的至少一个横向吸入口(13)。
13.根据权利要求9所述的生产线，其特征在于，所述补水蒸发冷却模块(10)包括作为液体喷嘴的非雾化或雾化喷嘴。
14.根据权利要求6所述的生产线，其特征在于，所述硬压区式压光机(20A)包括热缩配合套辊。
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